Что такое окисление металла


Коррозия металлов. Виды коррозии металлов

Материалы из металлов под химическим или электрохимическим воздействием окружающей среды подвергаются разрушению, которое называется коррозией. Коррозия металлов вызывается окислительно-восстановительными реакциями, в результате которых металлы переходят в окисленную форму и теряют свои свойства, что приводит в негодность металлические материалы.

Можно выделить 3 признака, характеризующих коррозию:

  • Коррозия – это с химической точки зрения процесс окислительно-восстановительный.
  • Коррозия – это самопроизвольный процесс, возникающий по причине неустойчивости термодинамической системы металл – компоненты окружающей среды.
  • Коррозия – это процесс, который развивается в основном на поверхности металла. Однако, не исключено, что коррозия может проникнуть и вглубь металла.

Виды коррозии металлов

Наиболее часто встречаются следующие виды коррозии металлов:

  1. Равномерная – охватывает всю поверхность равномерно
  2. Неравномерная
  3. Избирательная
  4. Местная пятнами – корродируют отдельные участки поверхности
  5. Язвенная (или питтинг)
  6. Точечная
  7. Межкристаллитная – распространяется вдоль границ кристалла металла
  8. Растрескивающая
  9. Подповерхностная

 

Основные виды коррозии

 

С точки зрения механизма коррозионного процесса можно выделить  два основных типа коррозии: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия металлов

Химическая коррозия металлов  — это результат протекания таких химических реакций, в которых после разрушения металлической связи, атомы металла и атомы, входящие в состав окислителей, образуют химическую связь. Электрический ток между отдельными участками поверхности металла в этом случае не возникает. Такой тип коррозии присущ средам, которые не способны проводить  электрический ток – это газы, жидкие неэлектролиты.

Химическая коррозия металлов бывает газовой и жидкостной.

 

Газовая коррозия металлов – это результат действия агрессивных газовых или паровых сред на металл при высоких температурах, при отсутствии конденсации влаги на поверхности металла. Это, например, кислород, диоксид серы, сероводород, пары воды, галогены. Такая коррозия в одних случаях может привести к полному разрушению металла (если металл активный), а в других случаях на его поверхности может образоваться защитная пленка (например, алюминий, хром, цирконий).

 

Жидкостная коррозия металлов– может протекать в таких неэлектролитах, как нефть, смазочные масла, керосин и др. Этот тип коррозии при наличии даже небольшого количества влаги, может легко приобрести электрохимический характер.

 

При химической коррозии скорость разрушения металла пропорциональна скорости химической реакции и той скорости с которой окислитель проникает сквозь пленку оксида металла, покрывающую его поверхность. Оксидные пленки металлов могут проявлять или не проявлять защитные свойства, что определяется сплошностью.

Сплошность такой пленки оценивают величине фактора Пиллинга—Бэдвордса: (α = Vок/VМе) по отношению объема образовавшегося оксида или другого какого-либо соединения к объему израсходованного на образование этого оксида металла

α = Vок/VМе = Мок·ρМе/(n·AMe·ρок),

где Vок — объем образовавшегося оксида

VМе — объем металла, израсходованный на образование оксида

Мок – молярная масса образовавшегося оксида

ρМе – плотность металла

n – число атомов металла

AMe — атомная масса металла

ρок — плотность образовавшегося оксида

 

Оксидные пленки, у которых α < 1, не являются сплошными и сквозь них  кислород легко проникает к поверхности металла. Такие пленки не защищают металл от коррозии. Они образуются при окислении кислородом щелочных и щелочно-земельных металлов (исключая бериллий).

Оксидные пленки, у которых  1 < α < 2,5 являются сплошными и способны защитить металл от коррозии.

При значениях α > 2,5 условие сплошности уже не соблюдается, вследствие чего такие пленки не защищают металл от разрушения.

 

Ниже представлены значения α для некоторых оксидов металлов

металлоксидαметаллоксидα
KK2O0,45ZnZnO1,55
NaNa2O0,55AgAg2O1,58
LiLi2O0,59ZrZrO21.60
CaCaO0,63NiNiO1,65
SrSrO0,66BeBeO1,67
BaBaO0,73CuCu2O1,67
MgMgO0,79CuCuO

Степени окисления (степени окисления)

 

Использование степеней окисления для определения того, что было окислено, а что восстановлено

Это наиболее распространенное использование степеней окисления.

Помните:

Окисление связано с увеличением степени окисления

Восстановление включает снижение степени окисления

В каждом из следующих примеров мы должны решить, включает ли реакция окислительно-восстановительный потенциал, и если да, то что было окислено, а что восстановлено.

Пример 1:

Это реакция между магнием и соляной кислотой или газообразным хлористым водородом:

Изменилась ли степень окисления чего-либо? Да, они есть - у вас есть два элемента, которые находятся в соединениях с одной стороны уравнения и как несоединенные элементы с другой. Чтобы быть уверенным, проверьте все степени окисления :.

Степень окисления магния увеличилась - он окислился. Степень окисления водорода упала - она ​​уменьшилась.Хлор находится в одной и той же степени окисления по обе стороны уравнения - он не был окислен или восстановлен.

Пример 2:

Реакция между гидроксидом натрия и соляной кислотой:

Проверка всех степеней окисления:

Ничего не изменилось. Это не окислительно-восстановительная реакция.

Пример 3:

Это подлый! Реакция между хлором и разбавленным холодным раствором гидроксида натрия:

Очевидно, что хлор изменил степень окисления, потому что он попал в соединения, начиная с исходного элемента.Проверка всех степеней окисления показывает:

Хлор только вещь, чтобы изменить степень окисления. Он был окислен или восстановлен? Да! И то и другое! Один атом был восстановлен, потому что его степень окисления упала. Другой был окислен.

Это хороший пример реакции диспропорционирования . Реакция диспропорционирования - это реакция, в которой одно вещество одновременно окисляется и восстанавливается.

 

Использование степеней окисления для определения окислителя и восстановителя

Это лишь незначительное дополнение к последнему разделу.Если вы знаете, что было окислено, а что восстановлено, вы можете легко определить, что такое окислитель и восстановитель.

Пример 1

Это реакция между ионами хрома (III) и металлическим цинком:

Степень окисления хрома изменилась с +3 до +2, и поэтому он был восстановлен. Цинк перешел от нулевой степени окисления в элементе до +2. Он окислился.

Так что же происходит с уменьшением? Это цинк - цинк отдает электроны ионам хрома (III).Итак, цинк - это восстановитель.

Точно так же вы можете вычислить, что окислителем должны быть ионы хрома (III), потому что они отбирают электроны у цинка.

Пример 2

Это уравнение реакции между ионами манганата (VII) и ионами железа (II) в кислых условиях. Это прорабатывается далее на странице.

Если взглянуть быстро, становится очевидным, что ионы железа (II) окислены до ионов железа (III).Каждый из них потерял электрон, а их степень окисления увеличилась с +2 до +3.

Водород все еще находится в степени окисления +1 до и после реакции, но ионы манганата (VII) явно изменились. Если определить степень окисления марганца, то она упала с +7 до +2 - снижение.

Итак, ионы железа (II) окислены, а ионы манганата (VII) восстановлены.

Что восстановило ионы манганата (VII) - ясно, что это ионы железа (II).Железо - единственное, что имеет измененную степень окисления. Итак, ионы железа (II) являются восстановителем.

Точно так же ионы манганата (VII) должны быть окислителем.

 

Использование степеней окисления для определения реакционных соотношений

Это иногда полезно, когда вам нужно разработать реакционные пропорции для использования в реакциях титрования, где у вас недостаточно информации, чтобы разработать полное ионное уравнение.

Помните, что каждый раз, когда степень окисления изменяется на одну единицу, переносится один электрон. Если степень окисления одного вещества в реакции падает на 2, это означает, что оно приобрело 2 электрона.

Что-то еще в реакции должно терять эти электроны. Любое снижение степени окисления одним веществом должно сопровождаться повышением такой же степени окисления другим веществом.

 

Этот пример основан на информации из старого вопроса AQA уровня A.

Ионы, содержащие церий в степени окисления +4, являются окислителями. (Они сложнее, чем просто Ce 4+ .) Они могут окислять ионы, содержащие молибден, от степени окисления +2 до +6 (от Mo 2+ до MoO 4 2- ). При этом церий восстанавливается до степени окисления +3 (Ce 3+ ). Какие пропорции реагирования?

Степень окисления молибдена увеличивается на 4. Это означает, что степень окисления церия должна снизиться на 4 для компенсации.

Но степень окисления церия в каждом из его ионов падает только с +4 до +3, то есть на 1. Таким образом, очевидно, что на каждый ион молибдена должно приходиться 4 иона церия.

Реакционные пропорции: 4 церийсодержащих иона на 1 ион молибдена.

 

Или, если взять более общий пример, включающий ионы железа (II) и ионы манганата (VII). . .

Раствор манганата калия (VII), KMnO 4 , подкисленный разбавленной серной кислотой, окисляет ионы железа (II) до ионов железа (III).При этом ионы манганата (VII) восстанавливаются до ионов марганца (II). Используйте степени окисления, чтобы составить уравнение реакции.

Степень окисления марганца в ионе манганата (VII) +7. Название говорит вам об этом, но попробуйте еще раз для практики!

При переходе к ионам марганца (II) степень окисления марганца снизилась на 5. Каждый ион железа (II), который вступает в реакцию, увеличивает степень окисления на 1. Это означает, что должно быть пять ионов железа (II), реагирующих на каждый ион манганата (VII).

Следовательно, левая часть уравнения будет иметь вид: MnO 4 - + 5Fe 2+ +?

Правая часть будет: Mn 2+ + 5Fe 3+ +?

После этого вам придется гадать, как уравновесить оставшиеся атомы и заряды. В этом случае, например, весьма вероятно, что кислород попадет в воду. Это означает, что вам откуда-то нужен водород.

Это не проблема, потому что реакция протекает в растворе кислоты, поэтому водород вполне может происходить из ионов водорода.

В конечном итоге вы получите это:

Лично я предпочел бы выводить эти уравнения из электронных полууравнений!

.-, Fe4 [Fe (CN) 6] 3, Nh5NO3, so42-, ch4cooh, cuso4 * 5h3o).


Степень окисления атома - это заряд этого атома после ионного приближения его гетероядерных связей. Степень окисления является синонимом степени окисления. Определить степень окисления по структуре Льюиса (рис. 1a) даже проще, чем по молекулярной формуле (рис. 1b). Степень окисления каждого атома может быть рассчитана путем вычитания суммы неподеленных пар и электронов, которые он получает от связей, из количества валентных электронов.Связи между атомами одного элемента (гомоядерные связи) всегда делятся поровну.

Рисунок 1. Различные способы отображения степеней окисления этанола и уксусной кислоты. R - это сокращение для любой группы, в которой атом углерода присоединен к остальной части молекулы связью C-C. Обратите внимание, что замена группы CH 3 на R не изменяет степень окисления центрального атома. → Скачать изображение высокого качества

При работе с органическими соединениями и формулами с несколькими атомами одного и того же элемента легче работать с молекулярными формулами и средними степенями окисления (рис. 1d).Органические соединения можно записать таким образом, что все, что не меняется до первой связи C-C, заменяется сокращением R (рис. 1c). В отличие от радикалов в органических молекулах, R не может быть водородом. Поскольку электроны между двумя атомами углерода распределены равномерно, группа R не изменяет степень окисления атома углерода, к которому она присоединена. Вы можете найти примеры использования на странице Разделите окислительно-восстановительную реакцию на две половинные реакции.

Правила присвоения степеней окисления

  • Степень окисления свободного элемента всегда равна 0.
  • Степень окисления одноатомного иона равна заряду иона.
  • Фтору в соединениях всегда присваивается степень окисления -1.
  • Щелочные металлы (группа I) всегда имеют степень окисления +1.
  • Щелочноземельным металлам (группа II) всегда присваивается степень окисления +2.
  • Кислород почти всегда имеет степень окисления -2, за исключением пероксидов (H 2 O 2 ), где она равна -1, и соединений с фтором (OF 2 ), где она равна +2.
  • Водород имеет степень окисления +1 в сочетании с неметаллами, но имеет степень окисления -1 в сочетании с металлами.
  • Алгебраическая сумма степеней окисления элементов в соединении равна нулю.
  • Алгебраическая сумма степеней окисления иона равна заряду иона.

Определение степени окисления органических соединений

  • Степень окисления любого химически связанного углерода может быть назначена добавлением -1 для каждого дополнительного электроположительного атома (H, Na, Ca, B) и +1 для каждого еще электроотрицательного атома (O, Cl, N, P) и 0 для каждого атома углерода, непосредственно связанного с представляющим интерес углеродом.Например:
.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Железо окисляется, образуя ржавчину

Окисление - это любая химическая реакция, в которой происходит перемещение электронов. В частности, это означает, что вещество, которое отдает электроны, окисляется. Обычно это реакция между кислородом и таким веществом, как железо.

Когда железо вступает в реакцию с кислородом, оно образует химическое вещество, называемое ржавчиной, потому что оно окислилось (железо потеряло несколько электронов), а кислород восстановился (кислород получил несколько электронов).

Формула коррозии: 4Fe + 3O 2 → 2F → Fe 2 O 3 .x H 2 O

Окисление противоположно восстановлению. Реакция восстановления всегда идет вместе с реакцией окисления. Окисление и восстановление вместе называются редокс (восстановление и окисление). Кислород не обязательно должен присутствовать в реакции, чтобы это была окислительно-восстановительная реакция.


Окисление - это потеря электронов.

Уменьшение - это прирост электронов.

С точки зрения переноса кислорода окисление можно определить как химический процесс, при котором вещество получает кислород или теряет электроны и водород.

Когда одним из реагентов является кислород, окисление - это увеличение количества кислорода. Снижение - это потеря кислорода. Например:

  • Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2

Восстановление и окисление протекают одновременно, что является окислительно-восстановительной реакцией . [1] Потеря атомов водорода и увеличение количества атомов кислорода называется окислением.Увеличение количества атомов водорода и потеря атомов кислорода называется восстановлением. Окисление - это увеличение количества атомов кислорода, а восстановление - это увеличение количества атомов водорода.

.Степень окисления

| Определение и факты

Число окисления , также называемое степенью окисления , общее количество электронов, которые атом получает или теряет, чтобы образовать химическую связь с другим атомом.

Каждому атому, который участвует в реакции окисления-восстановления, присваивается степень окисления, которая отражает его способность приобретать, отдавать или делиться электронами. Ион железа Fe 3+ , например, имеет степень окисления +3, потому что он может приобретать три электрона для образования химической связи, в то время как ион кислорода O 2- имеет степень окисления -2, поскольку он может пожертвовать два электрона.В электронно нейтральном веществе сумма степеней окисления равна нулю; например, в гематите (Fe 2 O 3 ) степень окисления двух атомов железа (всего +6) уравновешивает степень окисления трех атомов кислорода (-6).

Некоторые элементы имеют одинаковую степень окисления в разных соединениях; фтор, например, имеет степень окисления -1 во всех своих соединениях. Другие, особенно неметаллы и переходные элементы, могут иметь различную степень окисления; например, азот может иметь любую степень окисления от -3 (как в аммиаке, NH 3 ) до +5 (как в азотной кислоте, HNO 3 ).

В номенклатуре неорганической химии степень окисления элемента, который может существовать в более чем одной степени окисления, обозначена римской цифрой в скобках после названия элемента, например, хлорид железа (II) (FeCl 2 ) и хлорид железа (III) (FeCl 3 ).

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня .

Смотрите также